(57)【要約】【課題】  磁気センサを配線基板に実装した場合において、磁気センサを通過する高磁束密度の磁路を形成し、回転体の回転の検出精度を向上する。【解決手段】  回転体の外周に形成された突極磁極１１Ａ〜１１Ｄに対向して回転検出ユニット２０が配置されている。回転検出ユニット２０は、配線基板２１の表面又は内部に、磁気センサ２３、ブリッジ状磁性体２５、永久磁石２２及び磁性体２４を配置して構成されており、これらの部材により磁気回路が形成される。磁性体２４が、配線基板２１の内部に埋設されることにより、磁束が配線基板を通過するときに発生する漏れ磁束を減少させることができる。これにより、回転体の回転の検出精度を向上することができる。【選択図】      図２
2006189396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁極を含む磁束発生源を有する運動体と、
前記磁束発生源と対向して設けられた配線基板の表面または内部に設けられ、前記運動体の運動に伴って変化する前記磁束発生源からの磁束を検出する磁気センサと、
検出した磁束の変化に基づいて前記運動体の運動を検出する運動検出処理部と、
を備える磁気エンコーダであって、
前記配線基板に磁性体を設置し、該磁性体の両端が前記磁束発生源と前記磁気センサとの間を結ぶ磁路を形成することを特徴とする磁気エンコーダ。
【請求項２】
複数の凹凸を含む磁性体を有する運動体と、
前記磁性体に対向して設けられた配線基板の一部に設けられた磁束発生源と、
前記配線基板の表面又は内部に設けられ、前記運動体の運動に伴って変化する磁束発生源からの磁束を検出する磁気センサと、
検出した磁束の変化に基づいて前記運動体の運動を検出する運動検出処理部と、
を備える磁気エンコーダであって、
前記配線基板に磁性体を設置し、該磁性体の両端が前記運動体の磁性体と前記磁気センサとの間を結ぶ磁路を形成することを特徴とする磁気エンコーダ。
【請求項３】
複数の凹凸を含む磁性体を有する運動体と、
前記磁性体と対向して設けられた配線基板の表面又は内部に設けられ、前記運動体の運動に伴って変化する磁束を検出する磁気センサと、
検出した磁束の変化に基づいて前記運動体の運動を検出する運動検出処理部と、
を備える磁気エンコーダであって、
前記配線基板の内部部位であって、前記磁気センサから前記運動体の運動方向に離隔した部位に埋設された磁石と、
前記運動体に対向しない側の前記配線基板の表面に設けられ、前記磁気センサと前記磁石との間を結ぶ磁路を形成するブリッジ状磁性体と、
を備えたことを特徴とする磁気エンコーダ。
【請求項４】
前記配線基板の前記磁性体は、前記配線基板の内部部位であって、前記運動体の前記磁束発生源又は前記磁性体と、前記磁気センサと、を通過する磁路が形成される部位に設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気エンコーダ。
【請求項５】
前記配線基板の前記磁性体は、前記配線基板の内部部位に埋設されていることを特徴とする請求項４に記載の磁気エンコーダ。
【請求項６】
前記配線基板は、前記運動体に対向しない側の表面にブリッジ状の磁性体を備え、前記磁性体の両端が運動体の運動方向に離間した位置に架設されていることを特徴とする請求項１，２，４，５のいずれか１に記載の磁気エンコーダ。
【請求項７】
前記磁束発生源は磁石であって、前記配線基板の前記磁性体又は前記磁石は、リフローはんだ付け工程により前記配線基板の表面に着設されていることを特徴とする請求項１，２，４，５，６のいずれか１に記載の磁気エンコーダ。
【請求項８】
前記配線基板は非磁性体からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の磁気エンコーダ。
【請求項９】
前記運動検出処理部は前記配線基板に設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の磁気エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気エンコーダ、具体的には、運動体の運動を磁気センサを用いて検出する磁気エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転体の回転を検出するためにロータリーエンコーダが利用されている。ロータリーエンコーダでは、多数の磁極が回転体の外周に設けられており、これらの磁極に対向する位置に、磁気センサや磁石などを含む回転検出ユニットが設けられる。これにより、回転体の回転に伴って変化する磁束を検出して、回転体の回転を検出する。特開２００１−２６４３４６号公報には、このようなロータリーエンコーダの一例が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２６４３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ロータリーエンコーダでは、磁気センサなどを配線基板に実装して、これらの部品の取り付け場所を確保したり、取り付けを簡単にしてコスト低減を図ることが好適である。しかしながら、配線基板自体は透磁率が低いため、磁気センサと磁極との間に高磁束密度の磁路を形成しづらく、検出精度が低下してしまう、という問題があった。特に、コスト的に有利なフェライト磁石などは発生する磁力が弱く、そのため検出精度が向上できなかった。なお、このような問題は、ロータリーエンコーダに限らず、運動体の運動を検出する他の形式のエンコーダでも発生し得る。例えば、リニアエンコーダである。そこで、本発明は、磁気センサを配線基板に実装した場合において、磁気センサを通過する高磁束密度の磁路を形成し、運動体の運動の検出精度を向上することを目的とする。また、同時に、高磁束密度の磁路を形成するために必要な、配線基板への部品取り付けに関する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に係る発明は、複数の磁極を含む磁束発生源を有する運動体と、前記磁束発生源と対向して設けられた配線基板の表面または内部に設けられ、前記運動体の運動に伴って変化する前記磁束発生源からの磁束を検出する磁気センサと、検出した磁束の変化に基づいて前記運動体の運動を検出する運動検出処理部と、を備える磁気エンコーダであって、前記配線基板に磁性体を設置し、該磁性体の両端が前記磁束発生源と前記磁気センサとの間を結ぶ磁路を形成することを特徴としている。なお、上記の磁性体とは、強磁性体のことである。
【０００５】
請求項２に係る発明は、複数の凹凸を含む磁性体を有する運動体と、前記磁性体に対向して設けられた配線基板の一部に設けられた磁束発生源と、前記配線基板の表面又は内部に設けられ、前記運動体の運動に伴って変化する磁束発生源からの磁束を検出する磁気センサと、検出した磁束の変化に基づいて前記運動体の運動を検出する運動検出処理部と、を備える磁気エンコーダであって、前記配線基板に磁性体を設置し、該磁性体の両端が前記運動体の磁性体と前記磁気センサとの間を結ぶ磁路を形成することを特徴としている。
【０００６】
請求項３に係る発明は、複数の凹凸を含む磁性体を有する運動体と、前記磁性体と対向して設けられた配線基板の表面又は内部に設けられ、前記運動体の運動に伴って変化する磁束を検出する磁気センサと、検出した磁束の変化に基づいて前記運動体の運動を検出する運動検出処理部と、を備える磁気エンコーダであって、前記配線基板の内部部位であって、前記磁気センサから前記運動体の運動方向に離隔した部位に埋設された磁石と、前記運動体に対向しない側の前記配線基板の表面に設けられ、前記磁気センサと前記磁石との間を結ぶ磁路を形成するブリッジ状磁性体と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の磁気エンコーダにおいて、前記配線基板の前記磁性体は、前記配線基板の内部部位であって、前記運動体の前記磁束発生源又は前記磁性体と、前記磁気センサと、を通過する磁路が形成される部位に設置されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の磁気エンコーダにおいて、前記配線基板の前記磁性体は、前記配線基板の内部部位に埋設されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項６に係る発明は、請求項１，２，４，５のいずれか１に記載の磁気エンコーダにおいて、前記配線基板は、前記運動体に対向しない側の表面にブリッジ状の磁性体を備え、前記磁性体の両端が運動体の運動方向に離間した位置に架設されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項７に係る発明は、請求項１，２，４，５，６のいずれか１に記載の磁気エンコーダにおいて、前記磁束発生源は磁石であって、前記配線基板の前記磁性体又は前記磁石は、リフローはんだ付け工程により前記配線基板の表面に着設されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか１に記載の磁気エンコーダにおいて、前記配線基板は非磁性体からなることを特徴としている。なお、上記の非磁性体とは、弱磁性体のことである。
【００１２】
請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれか１に記載の磁気エンコーダにおいて、前記運動検出処理部は前記配線基板に設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る磁気エンコーダによれば、配線基板に設置された磁性体が、磁束発生源と磁気センサとの間を結ぶ磁路を形成するので、配線基板において磁路からの漏れ磁束を減少させることができ、磁気センサを通過する磁束の磁束密度を増加させることができる。よって、磁気センサにより各磁極の通過を確実に検出して、運動体の運動の検出精度を向上することができる。これによれば、フェライト磁石などの比較的に安価で発生する磁束の少ない永久磁石を用いても、十分な検出精度の運動検出ユニットを構成することができる。
【００１４】
請求項２に係る磁気エンコーダによれば、配線基板に設置された磁性体が、磁束発生源と磁気センサとの間を結ぶ磁路を形成するので、配線基板において磁路からの漏れ磁束を減少させることができ、磁気センサを通過する磁束の磁束密度を増加させることができる。よって、磁気センサにより各磁極の通過を確実に検出して、運動体の運動の検出精度を向上することができる。これによれば、フェライト磁石などの比較的に安価で発生する磁束の少ない永久磁石を用いても、十分な検出精度の運動検出ユニットを構成することができる。
【００１５】
請求項３に係る磁気エンコーダによれば、配線基板の内部に磁石を埋設したことにより、配線基板において漏れ磁束が発生することがなく、磁気センサを通過する磁束の磁束密度を増加させることができる。よって、磁気センサにより各磁極の通過を確実に検出して、運動体の運動の検出精度を向上することができる。これによれば、フェライト磁石などの比較的に安価で発生する磁束の少ない永久磁石を用いても、十分な検出精度の運動検出ユニットを構成することができる。また、配線基板の表面に磁石を配置した場合と比較しても、配線基板への部品の実装効率が向上するため、スペース的に有利である。
【００１６】
請求項４に係る磁気エンコーダによれば、配線基板内部の磁路が形成される部位に磁性体が設置されたため、配線基板において磁路からの漏れ磁束を減少させることができ、磁気センサを通過する磁束の磁束密度を増加させることができる。よって、磁気センサにより各磁極の通過を確実に検出して、運動体の運動の検出精度を向上することができる。
【００１７】
請求項５に係る磁気エンコーダによれば、配線基板内部の磁路が形成される部位に磁性体が埋設されたため、配線基板において磁路からの漏れ磁束を減少させることができ、磁気センサを通過する磁束の磁束密度を増加させることができる。よって、磁気センサにより各磁極の通過を確実に検出して、運動体の運動の検出精度を向上することができる。
【００１８】
請求項６に係る磁気エンコーダによれば、配線基板の運動体に対向しない側の表面にブリッジ状の磁性体を架設することにより、運動体と運動検出ユニットとの間に磁気回路を形成したため、磁気センサを通過する磁束の磁束密度をさらに増加させている。よって、磁気センサにより磁極の通過を確実に検出して、運動体の運動の検出精度をさらに向上することができる。
【００１９】
請求項７に係る磁気エンコーダによれば、ブリッジ状の磁性体をリフローはんだ付け工程により配線基板の表面に着設したため、配線基板に回路パターンを印刷するのに併せて、磁性体を実装することができる。よって、配線基板の製造のための工数を減らすことができ、また、コスト的にも有利である。
【００２０】
請求項８に係る磁気エンコーダによれば、配線基板は非磁性体であるため、磁束が通過しにくい。このような配線基板において、上記のとおり磁路に当たる部位に磁性体又は磁石を設置することで、漏れ磁束を減少させて、磁気センサを通過する磁束の磁束密度を増加させることができる。
【００２１】
請求項９に係る磁気エンコーダによれば、配線基板に運動検出処理部を設けることで、磁気センサなどと運動検出処理部を一体的に構成することができる。よって、配線基板の製造のための工数を減らすことができ、また、コスト的に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［第一の実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る磁気エンコーダについて説明する。本実施形態では、磁気エンコーダの一例として、回転体（運動体）２０の回転を検出するロータリーエンコーダについて説明する。図１は、本実施形態の回転検出ユニット２０を含む磁気エンコーダの構成を示す概略図である。磁気エンコーダは、大別して、円形の回転体１０と、回転体１０の外周に対向して配置された回転検出ユニット２０と、で構成されている。回転体１０は、回転する被検対象、例えばモータのトルク出力軸などに固定された部材である。回転体１０は、円形中心の位置に紙面に対して垂直な回転軸を有し、この回転軸を中心として回転する。回転体１０の外周には、多数の突極磁極１１が形成されている。図１では、理解容易のため、突極磁極１１の間の凹部にハッチングを施して示している。各突極磁極１１は、凹部に対して回転軸方向に突出している。多数の突極磁極１１は、回転体１０の回転方向に離間して、一定間隔ごとに配置されている。図２に示されるように、回転検出ユニット２０は、回転体１０から回転軸方向に若干離間した位置に固定され、回転体１０外周の突極磁極１１に対向して配置されている。回転検出ユニット２０は、回転体１０の回転の検出処理を行う配線基板２１に、磁気センサ２３、磁性体２５、永久磁石２２などが実装されて構成されている。
【００２３】
図２は、図１のＩ−Ｉ面を切断して示す断面図である。回転体１０は、高透磁率の磁性体を材質としている。回転体１０の内側（図にて下側）は突極磁極１１Ａ〜１１Ｄ間を磁気的に結ぶヨークとなっており、このヨークから配線基板２１の方向に略矩形形状の突極磁極１１Ａ〜１１Ｄが多数立設されることで、回転体１０が構成されている。多数の突極磁極１１Ａ〜１１Ｄは、回転体１０の回転方向に離間して、一定間隔ごとに設けられている。
【００２４】
多数の突極磁極１１Ａ〜１１Ｄの図にて上方の位置には、突極磁極１１Ａ〜１１Ｄの先端と若干の隙間をもって、回転検出ユニット２０が配置されている。配線基板２１の回転体１０と対向する側の表面は、部品が配置されず平面状であり、空隙を少なくして磁気抵抗を低減すべく突極磁極１１Ａ〜１１Ｄに出来るだけ近づけられている。配線基板２１は、ガラスエポキシ（セラミック）などの一般的な基板材料からなる板状の部材である。配線基板２１は、複数の基板層が積層され構成された積層基板であり、配線基板２１の表面及び内部には、回転体１０の回転を検出するための処理回路が形成されている。
【００２５】
配線基板２１には、磁気センサ２３が埋設されて配置されている。磁気センサ２３は、磁束密度に応じて電圧又は電流を出力し、あるいは抵抗値を変化させる磁電変換素子（ホール素子、磁気抵抗素子など）を含むセンサである。磁気センサ２３はＳＭＤ（表面実装：Surface Mount Device）タイプのセンサであり、磁気センサ２３は配線基板２１の製造工程において配線基板２１内部に配置されている。また、配線基板２１には、磁気センサ２３から回転体１０の回転方向に離間した位置に、高透磁率の磁性体２４が埋設されて配置されている。磁性体２４は、略矩形の断面形状を有し、突極磁極１１Ａ〜１１Ｄと幅をほぼ同じくしている。磁性体２４の下面は、配線基板２１の回転体１０と対向する側の表面に近づけられている。また、磁性体２４の上面は、配線基板２１の回転体１０と対向しない側の表面に近づけられている。磁性体２４は、純鉄、珪素鉄、パーマロイ、フェライトなどの高透磁率の部材である。配線基板２１の製造工程において、既に図示される形状に成形された高透磁率部材を配線基板２１内部に配置することで磁性体２４を埋設してもよいし、配線基板２１内部に高透磁率の層を物理的又は化学的な方法で形成することで磁性体２４を埋設してもよい。また、配線基板２１に穴を加工してその穴に磁性体２４を嵌合することで、磁性体２４を配線基板２１に設置してもよい。なお、磁性体２４と磁気センサ２３の離間距離は、図２に示すように、１つの突極磁極１１Ｃからその隣りの突極磁極１１Ｂまでの距離（以下、磁極間距離と呼ぶ）としてもよいし、２以上の磁極間距離としてもよい。
【００２６】
配線基板２１の磁極に対向しない側の表面には、ブリッジ状の磁性体２５が配置されている。ブリッジ状磁性体２５は、基板内部の磁性体２４と同じく高透磁率である。ブリッジ状磁性体２５は、回転体１０の回転方向に互いに離間した２本の足部２５Ａ，２５Ｂと、これら足部２５Ａ，２５Ｂの上部をつなぐ梁部２５Ｄとからなる。配線基板２１の表面において、ブリッジ状磁性体２５の右側の足部２５Ａは磁気センサ２３が埋設された位置に接合して着設されており、ブリッジ状磁性体２５の左側の足部２５Ｂは配線基板２１内部の磁性体２４が埋設された位置に接合して着設されている。ブリッジ状磁性体２５は、製造段階においてリフローはんだ付け工程により配線基板２１に着設されている。ブリッジ状磁性体２５の梁部２５Ｄの途中には、磁束を発生する永久磁石２２（磁束発生源）が組み込まれて配置されている。永久磁石２２のＳ極はブリッジ状磁性体２５の右側部分と密接し、永久磁石２２のＮ極はブリッジ状磁性体２５の左側部分と密接している。なお、磁束発生源として、永久磁石２２の代わりに励磁コイルを用いてもよい。また、図３（ａ）に示されるように、配線基板２１に貫通穴２１Ａを加工して、その貫通穴２１Ａにブリッジ状磁性体２５の左側の足部２５Ｂを延設することで、ブリッジ状磁性体２５の左側の足部２５Ｂと基板内部の磁性体２４を一体化してもよい。また、図３（ｂ）に示されるように、配線基板２１に有底穴２１Ｂを加工して、その有底穴２１Ｂにブリッジ状磁性体２５の左側の足部２５Ｂを延設することで、ブリッジ状磁性体２５の左側の足部２５Ｂと基板内部の磁性体２４を一体化してもよい。
【００２７】
次に、回転検出ユニット２０による回転検出の原理について説明する。回転体１０が回転すると、各突極磁極１１Ａ〜１１Ｄは配線基板２１に対向する位置を通過する。図２では、１つの突極磁極１１Ｃは、磁気センサ２３の真下の位置に到達して磁気センサ２３に対向する。また、突極磁極１１Ｃの左に隣接する他の突極磁極１１Ｂは、埋設された磁性体２４の真下の位置に到達して、埋設された磁性体２４に対向する。このとき、回転検出ユニット２０と回転体１０との間に磁気回路（磁路）が形成される。詳しくは、永久磁石２２のＮ極から出た磁束は、ブリッジ状磁性体２５の左側部分〜埋設された磁性体２４〜突極磁極１１Ｂ〜ヨーク〜突極磁極１１Ｃ〜磁気センサ２３〜ブリッジ状磁性体２５の右側部分、により形成される磁気回路を経由して、永久磁石２２のＳ極に戻る。このとき、磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度は最大となり、磁気センサ２３の検出出力は最大である。
【００２８】
その後、回転体１０が回転し、各突極磁極１１Ａ〜１１Ｄが図２に示す位置から右に移動すると、磁気センサ２３とその真下の突極磁極１１Ｃの対向する幅が小さくなっていく。また、埋設された磁性体２４とその真下の突極磁極１１Ｂの対向する幅が小さくなっていく。このため、配線基板２１と回転体１０の間の磁路が狭まっていく。さらに回転体１０が回転すると、磁気センサ２３及び埋設された磁性体２４の真下の位置には、突極磁極１１Ａ〜１１Ｄの間の凹部となる。このため、配線基板２１と回転体１０の間の空隙距離が大きくなって磁気抵抗が増大する。よって、各突極磁極１１Ａ〜１１Ｄの移動に伴って磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度は減少し、磁気センサ２３の検出出力は小さくなる。
【００２９】
上述したように、突極磁極１１Ａ〜１１Ｄが磁気センサ２３及び埋設された磁性体２４に対向するときは磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度が大きくなり、突極磁極１１Ａ〜１１Ｄが移動すると磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度が小さくなる。この結果、回転体１０の回転に伴って磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度は増減を繰り返し、磁気センサ２３は磁束密度の増減に応じた電圧又は電流の検出値を出力する。磁気センサ２３の検出出力は、配線基板２１に設けられた回転検出処理部の処理に供される。具体的には、配線基板２１に形成された処理回路は、磁気センサ２３の検出出力を取り込んでからコンパレータで比較して２値化し、検出出力をパルス化する。処理回路は、パルス数をカウントすることで、回転体１０の回転角度を演算する。その後、回転角度の情報は、配線基板２１からモータ制御装置に出力され、モータの駆動制御に利用される。
【００３０】
［第二の実施形態］
次に、図４を参照して、第二実施形態に係る磁気エンコーダについて説明する。図４は、回転検出ユニット２０を含む磁気エンコーダの構成を示す断面図である。第二実施形態に係る磁気エンコーダでは、ブリッジ状磁性体２５に永久磁石２２が組み込まれておらず、配線基板２１の内部に永久磁石２２が埋設されている点で、第一実施形態と相違している。配線基板２１に埋設された永久磁石２２は、略矩形の断面形状を有し、突極磁極１１Ａ〜１１Ｄと幅をほぼ同じくしている。永久磁石２２の下面は、配線基板２１の回転体１０と対向する側の表面に近づけられている。また、永久磁石２２の上面は、配線基板２１の回転体１０と対向しない側の表面に近づけられている。永久磁石２２の上面はＳ極であり、永久磁石２２の下面はＮ極である。永久磁石２２は、配線基板２１の製造工程において、配線基板２１内部に配置して構成すればよい。
【００３１】
次に、回転検出ユニット２０による回転検出の原理について説明する。回転体１０が回転すると、各突極磁極１１Ａ〜１１Ｄは配線基板２１に対向する位置を通過する。図４では、１つの突極磁極１１Ｃは、磁気センサ２３の真下の位置に到達して磁気センサ２３に対向する。また、突極磁極１１Ｃの左に隣接する他の突極磁極１１Ｂは、埋設された永久磁石２２の真下の位置に到達して、埋設された永久磁石２２に対向する。このとき、回転検出ユニット２０と回転体１０との間に磁気回路（磁路）が形成される。詳しくは、永久磁石２２のＮ極から出た磁束は、突極磁極１１Ｂ〜ヨーク〜突極磁極１１Ｃ〜磁気センサ２３〜ブリッジ状磁性体２５、により形成される磁気回路を経由して、永久磁石２２のＳ極に戻る。このとき、磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度は最大となり、磁気センサ２３の検出出力は最大である。その後、回転体１０が回転し、各突極磁極１１Ａ〜１１Ｄが図４に示す位置から右に移動すると、第一実施形態と同様に、磁路が狭まり、磁気抵抗が増大するので、磁気センサ２３の検出出力は小さくなる。磁気センサ２３は回転体１０の回転に伴って増減する磁束密度を検出し、配線基板２１の処理回路は磁気センサ２３の検出出力に基づいて回転体１０の回転角度を演算する。
【００３２】
［第三の実施形態］
次に、図５を参照して、第三実施形態に係る磁気エンコーダについて説明する。図５は、回転検出ユニット２０を含む磁気エンコーダの構成を示す断面図である。第三実施形態に係る磁気エンコーダでは、磁気センサ２３及び永久磁石２２が、配線基板２１に埋設されないで、配線基板２１の回転体１０に対向する側の表面に接合されている点で、第二実施形態と相違している。磁気センサ２３及び永久磁石２２は、略矩形の断面形状を有し、突極磁極１１Ａ〜１１Ｄと幅をほぼ同じくしている。永久磁石２２は、配線基板２１に密接する面をＳ極とし、配線基板２１から突出した面をＮ極としている。磁気センサ２３及び永久磁石２２は、製造段階においてリフローはんだ付け工程により配線基板２１に着設されている。
【００３３】
次に、回転検出ユニット２０による回転検出の原理について説明する。回転体１０が回転すると、各突極磁極１１Ａ〜１１Ｄは配線基板２１に対向する位置を通過する。図５では、１つの突極磁極１１Ｃは、磁気センサ２３の真下の位置に到達して磁気センサ２３に対向する。また、突極磁極１１Ｃの左に隣接する他の突極磁極１１Ｂは、永久磁石２２の真下の位置に到達して、埋設された永久磁石２２に対向する。このとき、回転検出ユニット２０と回転体１０との間に磁気回路（磁路）が形成される。詳しくは、永久磁石２２のＮ極から出た磁束は、突極磁極１１Ｂ〜ヨーク〜突極磁極１１Ｃ〜磁気センサ２３〜配線基板２１〜ブリッジ状磁性体２５〜配線基板２１、により形成される磁気回路を経由して、永久磁石２２のＳ極に戻る。このとき、磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度は最大となり、磁気センサ２３の検出出力は最大である。その後、回転体１０が回転し、各突極磁極１１Ａ〜１１Ｄが図５に示す位置から右に移動すると、第一実施形態と同様に、磁路が狭まり、磁気抵抗が増大するので、磁気センサ２３の検出出力は小さくなる。磁気センサ２３は回転体１０の回転に伴って増減する磁束密度を検出し、配線基板２１の処理回路は磁気センサ２３の検出出力に基づいて回転体１０の回転角度を演算する。
【００３４】
［第四の実施形態］
次に、図６を参照して、第四実施形態に係る磁気エンコーダについて説明する。図６（ａ），（ｂ）は、回転検出ユニット２０を含む磁気エンコーダの構成を示す断面図である。第四実施形態の回転検出ユニット２０では、配線基板２１に高透磁率の磁性体２４が埋設されている。磁性体２５は、回転体１０の回転方向に長い略矩形の断面形状を有している。配線基板２１の回転体１０に対向しない側の表面には、略矩形形状の永久磁石２２が接合されている。永久磁石２２は、埋設された磁性体２４の長手方向中央の位置の上方に配置されている。永久磁石２２は、配線基板２１から突出した上面がＳ極となっており、配線基板２１に密接した下面がＮ極となっている。配線基板２１の回転体１０に対向する側の表面には、略矩形形状の磁気センサ２３が接合されている。磁気センサ２３は、永久磁石２２の下方の位置に配置されている。磁気センサ２３は、永久磁石２２が発生する磁束の磁束密度を検出し、磁束密度に応じた電圧又は電流を出力する。磁気センサ２３及び永久磁石２２は、製造段階においてリフローはんだ付け工程により配線基板２１に着設されている。
【００３５】
次に、回転検出ユニット２０による回転検出の原理について説明する。回転体１０が回転して、各突極磁極１１Ａ〜１１Ｄが図６（ａ）に示す回転方向の位置に到達したとき、回転検出ユニット２０と回転体１０との間に図中矢印で示す磁路が形成される。詳しくは、永久磁石２２のＮ極から出た磁束は、埋設された磁性体２４の中央〜磁気センサ２３〜突極磁極１１Ｃ、により形成される直線状の磁路を通過する。このとき、磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度は最大となり、磁気センサ２３の検出出力は最大である。回転体１０が回転して、各突極磁極１１Ａ〜１１Ｄが図６（ｂ）に示す位置に移動すると、永久磁石２２から突極磁極１１Ａ〜１１Ｄまでの間に形成される磁路は変化する。詳しくは、永久磁石２２のＮ極から出た磁束は、埋設された磁性体２４の中央に至った後に２方向に分岐して横方向に流れる。そして、２方向に分岐した磁束のそれぞれは、空隙を越えて、比較的に近距離にある突極磁極１１Ｂ，１１Ｃのいずれかに流れる。このとき、磁気センサ２３には、ほとんど磁束が流れず、磁気センサ２３の検出出力は小さくなる。磁気センサ２３は回転体１０の回転に伴って増減する磁束密度を検出し、配線基板２１の処理回路は磁気センサ２３の検出出力に基づいて回転体１０の回転角度を演算する。
【００３６】
［第五の実施形態］
次に、図７を参照して、第五実施形態に係る磁気エンコーダについて説明する。図７は、回転検出ユニット２０を含む磁気エンコーダの構成を示す断面図である。第五実施形態の磁気エンコーダでは、第一〜第四実施形態と回転体１０の構成が大きく相違している。回転体１０の外周には、多数の矩形形状の永久磁石１５，１６が並べて配置されている。多数の永久磁石１５，１６は、Ｎ極とＳ極が交互に上側となるように配置され、これにより、Ｎ極が上側となったＮ極磁極１５と、Ｓ極が上側となったＳ極磁極１６が交互に配置されている。多数のＮ極磁極１５及びＳ極磁極１６の上方の位置に、Ｎ極磁極１５及びＳ極磁極１６の上端と若干の隙間をもって、回転検出ユニット２０が配置されている。
【００３７】
回転検出ユニット２０では、配線基板２１の磁極に対向しない側の表面に、磁気センサ２３及びブリッジ状磁性体２５が配置されている。磁気センサ２３は、配線基板２１の一部に接合されている。ブリッジ状磁性体２５の左側の足部２５Ｂは、配線基板２１の他の一部に接合されている。また、ブリッジ状磁性体２５の右側の足部２５Ａは、磁気センサ２３の突出した上面に接合されている。磁気センサ２３及び磁性体２５は、製造段階においてリフローはんだ付け工程により配線基板２１に着設されている。配線基板２１の磁極に対向しない側の表面において、磁気センサ２３とブリッジ状磁性体２５の左側足部２５Ｂの接合位置は、１つのＮ極磁極からその隣りのＳ極磁極までの距離（磁極間距離）の３倍だけ、回転体１０の回転方向に離間している。なお、後述する磁気回路を形成するためには、磁気センサ２３と左側足部２５Ｂの接合位置は、磁極間距離の３倍でなくとも、磁極間距離の奇数倍だけ離間していればよい。
【００３８】
次に、回転検出ユニット２０による回転検出の原理について説明する。回転体１０が回転すると、Ｎ極磁極１５及びＳ極磁極１６は配線基板２１に対向する位置を通過する。図７では、１つのＮ極磁極１５は、磁気センサ２３の真下の位置に到達する。また、１つのＳ極磁極１６は、ブリッジ状磁性体２５の左側足部２５Ｂの真下の位置に到達する。このとき、回転検出ユニット２０と回転体１０との間に、左回りに磁束が流れる磁気回路（磁路）が形成される。詳しくは、Ｎ極磁極１５から上方に出た磁束は、配線基板２１〜磁気センサ２３〜ブリッジ状磁性体２５、により形成される磁気回路を経由して、Ｓ極磁極１６に至る。このとき、磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度は左回りに最大となる。
【００３９】
その後、回転体１０が回転し、Ｎ極磁極１５及びＳ極磁極１６が図７に示す位置から右に移動すると、１つのＳ極磁極が磁気センサ２３の真下の位置に到達し、１つのＮ極磁極がブリッジ状磁性体２５の左側足部２５Ｂの真下の位置に到達する。このとき、回転検出ユニット２０と回転体１０との間に、図７とは逆向きに、即ち右回りに磁束が流れる磁気回路が形成される。このとき、磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度は、右回りに最大となる。
【００４０】
ここで、磁気センサ２３がホール素子である場合には、磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度が左回りに最大となるときに、磁気センサ２３の検出出力が最大となり、磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度が右回りに最大となるときに、磁気センサ２３の検出出力が最小となる。また、磁気センサ２３が磁気抵抗素子である場合には、磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度が左回り又は右回りに最大となるときに、磁気センサ２３の検出出力が最大となり、その中間の位置で、磁気センサ２３の検出出力が最小となる。磁気センサ２３は回転体１０の回転に伴って増減する磁束密度を検出し、配線基板２１の処理回路（回転検出処理部）は磁気センサ２３の検出出力に基づいて回転体１０の回転角度を演算する。
【００４１】
［第六の実施形態］
次に、図８を参照して、第六実施形態に係る磁気エンコーダについて説明する。図８は、回転検出ユニット２０を含む磁気エンコーダの構成を示す断面図である。第六実施形態の磁気エンコーダでは、配線基板２１の内部に２つの磁性体２４，２６が埋設されて配置されている点で、第五実施形態と相違している。２つの磁性体２４，２６は共に、略矩形の断面形状を有し、Ｎ極磁極１５及びＳ極磁極１６と幅をほぼ同じくしている。一方の磁性体２４は、配線基板２１の磁気センサ２３の下方の部位に埋設されている。他方の磁性体２６は、配線基板２１のブリッジ状磁性体２５の左側足部の下方の部位に埋設されている。各磁性体２４，２６の下面は、配線基板２１の回転体１０と対向する側の表面に近づけられており、上端は、配線基板２１の回転体１０と対向しない側の表面に近づけられている。
【００４２】
次に、回転検出ユニット２０による回転検出の原理について説明する。回転体１０が回転すると、Ｎ極磁極１５及びＳ極磁極１６は配線基板２１に対向する位置を通過する。図８では、１つのＮ極磁極１５は、磁気センサ２３の真下の位置に到達する。また、１つのＳ極磁極１６は、ブリッジ状磁性体２５の左側足部２５Ｂの真下の位置に到達する。このとき、回転検出ユニット２０と回転体１０との間に磁気回路（磁路）が形成される。詳しくは、Ｎ極磁極１５から上方に出た磁束は、埋設された磁性体２４〜磁気センサ２３〜ブリッジ状磁性体２５〜埋設された磁性体２６、により形成される磁気回路を経由して、Ｓ極磁極１６に至る。このとき、磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度は最大となり、磁気センサ２３の検出出力は最大である。その後、回転体１０が回転し、Ｎ極磁極１５及びＳ極磁極１６が図８に示す位置から右に移動すると、磁気センサ２３の検出出力は小さくなる。磁気センサ２３は回転体１０の回転に伴って増減する磁束密度を検出し、配線基板２１の処理回路は磁気センサ２３の検出出力に基づいて回転体１０の回転角度を演算する。
【００４３】
［第七の実施形態］
次に、図９を参照して、第七実施形態に係る磁気エンコーダについて説明する。図９は、回転検出ユニット２０を含む磁気エンコーダの構成を示す断面図である。第七実施形態の磁気エンコーダでは、磁気センサ２３が、配線基板２１の表面に接合されておらず、配線基板２１の内部部位であってブリッジ状磁性体２５の右側足部２５Ａの下方の部位に埋設されている点で、第六実施形態と相違している。磁気センサ２３は配線基板２１の製造工程において配線基板２１内部に配置されている。
【００４４】
図９では、１つのＮ極磁極１５は、磁気センサ２３の真下の位置に到達する。また、１つのＳ極磁極１６は、ブリッジ状磁性体２５の左側足部２５Ｂの真下の位置に到達する。Ｎ極磁極１５から上方に出た磁束は、磁気センサ２３〜ブリッジ状磁性体２５〜埋設された磁性体２６、により形成される磁気回路（磁路）を経由して、Ｓ極磁極１６に至る。このとき、磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度は最大となり、磁気センサ２３の検出出力は最大である。その後、回転体１０が回転し、Ｎ極磁極１５及びＳ極磁極１６が図９に示す位置から右に移動すると、磁気センサ２３の検出出力は小さくなる。磁気センサ２３は回転体１０の回転に伴って増減する磁束密度を検出し、配線基板２１の処理回路は磁気センサ２３の検出出力に基づいて回転体１０の回転角度を演算する。
【００４５】
［第八の実施形態］
次に、図１０を参照して、第八実施形態に係る磁気エンコーダについて説明する。図１０は、回転検出ユニット２０を含む磁気エンコーダの構成を示す断面図である。配線基板２１のＮ極磁極１５及びＳ極磁極１６に対向しない側の表面には、磁気センサ２３が及びブリッジ状磁性体２５が接合されている。ブリッジ状磁性体２５は、３本の足部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃと、各足部２５Ａ〜２５Ｃの上端をつなぐ梁部２５Ｄを有する。ブリッジ状磁性体２５の中央の足部２５Ｃは磁気センサ２３の上方まで垂下されており、右側の足部２５Ａ及び左側の足部２５Ｃは配線基板２１の表面に接合されている。右側の足部２５Ａの接合位置は、磁気センサ２３の接合位置から磁極間距離の３倍だけ右方向にずれた位置である。また、左側の足部２５Ｃの接合位置は、磁気センサ２３の接合位置から磁極間距離の３倍だけ左方向にずれた位置である。なお、後述する磁気回路を形成するためには、左右の足部２５Ａ，２５Ｄの接合位置は磁極間距離の奇数倍だけずれていればよい。磁気センサ２３及び磁性体２５は、製造段階においてリフローはんだ付け工程により配線基板２１に着設されている。
【００４６】
次に、回転検出ユニット２０による回転検出の原理について説明する。回転体１０が回転すると、Ｎ極磁極１５及びＳ極磁極１６は配線基板２１に対向する位置を通過する。図１０では、１つのＮ極磁極１５は、磁気センサ２３の真下の位置に到達する。１つのＳ極磁極１６は、ブリッジ状磁性体２５の右側足部２５Ａの真下の位置に到達する。また、他の１つのＳ極磁極１６は、ブリッジ状磁性体２５の左側足部２５Ｃの真下の位置に到達する。このとき、回転体１０と回転検出ユニット２０の間には磁気回路（磁路）が形成される。詳しくは、Ｎ極磁極１５から上方に出た磁束は、磁気センサ２３を通過してブリッジ状磁性体２５の中央足部２５Ｂに至ると、ここで２方向に分岐して、一方はブリッジ状磁性体２５の右側足部２５Ａを通過して、その下方のＳ極磁極１６Ａに到達する。また、他方は、ブリッジ状磁性体２５の左側足部２５Ｃを通過して、その下方のＳ極磁極１６Ｂに到達する。このとき、磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度は最大となり、磁気センサ２３の検出出力は最大である。その後、回転体１０が回転し、Ｎ極磁極１５及びＳ極磁極１６が図１０に示す位置から右に移動すると、磁気センサ２３の検出出力は小さくなる。磁気センサ２３は回転体１０の回転に伴って増減する磁束密度を検出し、配線基板２１の処理回路は磁気センサ２３の検出出力に基づいて回転体１０の回転角度を演算する。
【００４７】
［第九の実施形態］
次に、図１１を参照して、第九実施形態に係る磁気エンコーダについて説明する。図１１は、回転検出ユニット２０を含む磁気エンコーダの構成を示す断面図である。第九実施形態の回転検出ユニット２０では、配線基板２１に高透磁率の磁性体２７が埋設されている。磁性体２７は、回転体１０の回転方向に長い略矩形の断面形状を有している。磁性体２７は、１つのＮ極磁極１５の上方位置からその両隣りのＳ極磁極１６Ａ，１６Ｂの上方位置まで延設されている。配線基板２１の回転体１０に対向する側の表面には、埋設された磁性体２７の長手方向中央の下方の位置に、磁気センサ２３が接合されている。磁気センサ２３は、製造段階においてリフローはんだ付け工程により配線基板２１に着設されている。
【００４８】
次に、回転検出ユニット２０による回転検出の原理について説明する。回転体１０が回転すると、Ｎ極磁極１５及びＳ極磁極１６は配線基板２１に対向する位置を通過する。図１１では、１つのＮ極磁極１５は、磁気センサ２３の真下の位置に到達する。このとき、回転体１０と回転検出ユニット２０の間には磁気回路（磁路）が形成される。詳しくは、Ｎ極磁極１５から上方に出た磁束は、磁気センサ２３を通過して磁性体２７の長手方向中央の位置に至ると、ここで２方向に分岐して、一方は磁性体２７の右側を通過して、その下方のＳ極磁極１６Ａに到達する。また、他方は、磁性体２７の左側を通過して、その下方のＳ極磁極１６Ｂに到達する。このとき、磁気センサ２３を通過する磁束の磁束密度は最大となり、磁気センサ２３の検出出力は最大である。その後、回転体１０が回転し、Ｎ極磁極１５及びＳ極磁極１６が図１１に示す位置から右に移動すると、磁気センサ２３の検出出力は小さくなる。磁気センサ２３は回転体１０の回転に伴って増減する磁束密度を検出し、配線基板２１の処理回路は磁気センサ２３の検出出力に基づいて回転体１０の回転角度を演算する。
【００４９】
［第一の特徴事項］
上述した実施形態の特徴事項の１つは、図２，６，８，９，１１に示すように、配線基板２１の内部に磁性体２４，２６，２７を埋設して配置したことである。配線基板２１の内部に磁性体を埋設しない場合には、磁気回路（又は磁路）において配線基板２１を通過する部分の磁気抵抗が大きいため、ここで漏れ磁束が発生してしまう。これと比較して、配線基板２１の内部に磁性体２４，２６，２７を埋設した場合には、高透磁率の磁性体内に磁束が導かれるため、漏れ磁束を減少させることができ、磁気回路の磁束密度を増加させることができる。よって、磁気センサ２３により突極磁極１１又はＮ極磁極１５の通過を確実に検出して、回転体１０の回転の検出精度を向上することができる。これによれば、フェライト磁石などの比較的に安価で発生する磁束の少ない永久磁石２２を用いても、十分な検出精度の回転検出ユニット２０を構成することができる。
【００５０】
［第二の特徴事項］
上述した実施形態の他の特徴事項は、図４に示すように、配線基板２１の内部に永久磁石２２を埋設して配置したことである。配線基板２１の内部に永久磁石２２を埋設しないで、配線基板２１の表面やブリッジ状磁性体２５の一部に永久磁石２２を配置した場合には、磁気回路（又は磁路）において配線基板２１を通過する部分の磁気抵抗が大きいため、ここで漏れ磁束が発生してしまう。これと比較して、配線基板２１の内部に永久磁石２２を埋設した場合には、その部分で漏れ磁束が発生しないので、磁気回路の磁束密度を増加させることができる。よって、磁気センサ２３により突極磁極１１の通過を確実に検出して、回転体１０の回転の検出精度を向上することができる。これによれば、フェライト磁石などの比較的に安価で発生する磁束の少ない永久磁石２２を用いても、十分な検出精度の回転検出ユニット２０を構成することができる。また、配線基板２１の表面に永久磁石２２を配置した場合と比較して、配線基板２１の内部の永久磁石２２を埋設すると、その分実装効率が向上するので、スペース的に有利である。
【００５１】
［第三の特徴事項］
上述した実施形態の他の特徴事項は、図２〜図１０に示すように、配線基板２１の表面に、永久磁石２２又は磁性体２５をリフローはんだ付け工程により着設したことである。具体的には、リフローはんだ付け工程の前工程で、配線基板２１に回転検出処理用の回路パターンを印刷するときに、永久磁石２２又は磁性体２５が配置される位置にペースト状のはんだを印刷する。そして、ペースト状のはんだが印刷された基板表面に、永久磁石２２又は磁性体２５を載せ、配線基板２１へ直接熱を加えてはんだを溶かし、配線基板２１と磁石又は磁性体２５を接合する。リフローはんだ付けを行った場合には、配線基板２１に回路パターンを形成するのに併せて、永久磁石２２又は磁性体２５を実装することができるため、配線基板２１を製造のための工数を減らすことができる。よって、コストダウンを図ることもできる。また、部品集積密度を向上して配線基板２１のサイズダウンを図ることもできる。
【００５２】
なお、リフローはんだ付けによる接合を十分な取り付け強度で行うために、リフローはんだ付け工程の前処理として、永久磁石２２又は磁性体２５に表面処理を施すことが好ましい。例えば、（１）フェライト磁石をリフローはんだ付けで接合する場合には、フェライト磁石に銅メッキ又はニッケルメッキを施せばよい。（２）また、サマリュウムコバルト磁石をリフローはんだ付けで接合する場合には、サマリュウムコバルト磁石に銅メッキ、ニッケルメッキ又は錫メッキを施せばよい。（３）また、ネオジウム磁石をリフローはんだ付けで接合する場合には、ネオジウム磁石にニッケルメッキを施せばよい。さらに、上記各種の磁石には、酸化防止のため、上述したメッキを施した後に、はんだコートを施してもよい。なお、磁石を用途としたマグネットフェライトは特殊な前処理後、無電解ニッケルめっきを施し、必要な電気めっきをその上に行えばよい。また、電極等を本来の用途とした工業用フェライトでも、面粗度が小さいものなら、無電解めっき後に電気めっきを行うことで良好な密着性が得られる。
【００５３】
なお、上述した実施形態では、磁気エンコーダの一例として、回転体の回転を検出するロータリーエンコーダについて説明したが、上記の技術は、運動体の運動を検出する他の形式のエンコーダについても適用可能である。他の形式のエンコーダとは、例えば、移動体の平行移動量を検出するためのリニアエンコーダである。即ち、本発明は、磁気センサを配線基板に設置して検出を行う様々な種類のエンコーダにおいて、上述したロータリーエンコーダと同様に、磁気センサの検出量の低下を解決したものを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第一実施形態に係る磁気エンコーダの構成を示す概略図である。
【図２】第一実施形態に係る磁気エンコーダを示す断面図である。
【図３】第一実施形態に係る磁気エンコーダの変形例を示す断面図である。
【図４】第二実施形態に係る磁気エンコーダを示す断面図である。
【図５】第三実施形態に係る磁気エンコーダを示す断面図である。
【図６】第四実施形態に係る磁気エンコーダを示す断面図である。
【図７】第五実施形態に係る磁気エンコーダを示す断面図である。
【図８】第六実施形態に係る磁気エンコーダを示す断面図である。
【図９】第七実施形態に係る磁気エンコーダを示す断面図である。
【図１０】第八実施形態に係る磁気エンコーダを示す断面図である。
【図１１】第九実施形態に係る磁気エンコーダを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…回転体、１１…突極磁極、１５…Ｎ極磁極、１６…Ｓ極磁極、２０…回転検出ユニット、２１…配線基板、２２…永久磁石、２３…磁気センサ、２４…磁性体（埋設）、２５…磁性体（ブリッジ）。
【図１】
2006189396.tif 000003
【図２】
2006189396.tif 000004
【図３】
2006189396.tif 000005
【図４】
2006189396.tif 000006
【図５】
2006189396.tif 000007
【図６】
2006189396.tif 000008
【図７】
2006189396.tif 000009
【図８】
2006189396.tif 000010
【図９】
2006189396.tif 000011
【図１０】
2006189396.tif 000012
【図１１】
2006189396.tif 000013